索结构典型工程：乌鲁木齐奥体中心体育馆辐射布置张弦梁屋盖

设计单位 ：中信建筑设计研究院

总包单位 ： 中建三局建设集团有限公司

钢结构安装单位 ：浙江精工钢结构有限公司

索结构施工单位 ：南京东大现代预应力工程有限责任公司

索具类型 ：坚宜佳·高钒镀层钢绞线索

竣工时间 ：2018年

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概 况      

   

 

 

      乌鲁木齐奥体中心位于喀什路东延以南、会展大道二期（北延）以东，总建筑面积约30.6万㎡，计划总投资 38 亿元。综合体育馆是一座国际比赛标准场馆，总建筑面积7.68万㎡，设置观众席位数12000余个，高38.6m，檐口标高29.95m。屋盖是国内最大的辐射布置张弦梁结构，跨度为114.0m~125.0m左右，也是“一带一路”新丝绸之路经济带上规模最大、硬件设施最先进的综合体育场馆，作为甲级体育场馆可举办全国和单项国际比赛，从高空俯瞰，体现了丝绸之路的跨越飞扬和体育运动的律动腾飞，将成为西北地区，各类大型文体文娱活动的绝佳选择。该馆拥有亚洲最大的中央悬吊LED高清斗屏、最先进的全景式LED灯光照明组和看台高清LED环屏组和南北两侧高清LED屏，让观众不错过运动的每个精彩瞬间，体验极致震撼的观赛感受。      

     

图1 乌鲁木齐奥体中心体育馆            

   

 

 

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索结构体系      

   

 

1）结构整体概况      

体育馆钢屋盖部分采用轮辐式张弦梁结构。各榀张弦梁绕水平投影面的中心呈放射状布置，中心通过刚性环连接。张弦梁由上弦钢梁、下弦索及其之间的撑杆构成。张弦梁高度为12.0m，张弦梁的上弦设置环向支撑，保证张弦梁平面外的稳定性，下弦拉索呈抛物线形布置。通过布置并张拉拉索，产生向上的等效预应力荷载，通过优化结构内力状态，提高结构刚度，平衡支座全部或部分推力，控制结构外形尺寸。

     

图2 体育馆剖面图             图3 屋盖结构组成            

该工程拉索主要采用95%锌+5%铝的混合稀土合金（Galfan）镀层的光面钢丝束高钒索；拉索两端锚具均为热铸锚，连接件为叉耳式。

     

2）结构重难点      

① 张弦梁吊装和下弦拉索穿索方式      

该工程结构为辐射布置张弦梁，总共28榀，每榀都被中央刚性环从张弦梁的中点处断开，下弦拉索分成两段。在这种情况下，张弦梁只能分段吊装，且拉索必须在高空进行安装。高空穿索不仅对操作人员具有安全性的影响，同时较地面穿索而言，牵引设备的使用效率会降低，拉索的提升也会影响施工进度，大型吊机全过程参与穿索施工会产生较多的施工费用。

因此，提出在屋盖外围环梁支座处搭设施工平台，拉索在地面展开，并完成索夹安装，由葫芦提升将拉索与中央刚性环安装，再通过多台葫芦和牵引装置连接拉索与外围环梁，最后安装索夹，完成穿索施工。

② 檩条和支撑安装时机以及相邻张弦梁索力的相互影响      

檩条可在张弦梁张拉前安装，也可待张拉结束后再安装，两者各有优缺点。

若檩条在张弦梁张拉前安装，则檩条两端的高强螺栓孔距离不受张拉的影响，相对来说檩条易于安装，且张拉时张弦梁的稳定性更加容易保证，但中心支撑胎架荷载较大，拉索张拉力增大，另外也会增加张拉时相邻张弦梁间存在相互影响。若檩条在张弦梁张拉后安装，则支撑胎架荷载较小，拉索张拉力小，相邻张弦梁间不存在相互影响，但檩条两端高强螺栓孔的距离受张拉的影响，相对来说檩条较难安装。

根据对比分析，得到张拉过程各榀张弦梁水平位移的特点，同时为了保证张拉过程的整体稳定性，确定支撑及檩条的安装顺序。

③ 中心刚性环对张弦梁整体受力性能的影响      

中心刚性环将所有张弦梁的下弦拉索分成两段，原由拉索承担的拉力转由刚性环下部环梁承受，因此对拉索与中心环的连接以及中心环本身的安装质量提出了较高的要求。

④ 索力均匀性      

该工程拉索为圆弧性，且在中央刚性环出断开，设计要求拉索张拉要保证各索段索力均匀。

显然，与一般单向张弦梁不同的是，相邻张弦梁拉索的索力存在相互影响。因此，该工程采用28榀张弦梁分阶段、分批次循环张拉的施工方案，并且每一张拉阶段都要以索力值为控制指标（最后一阶段同时考虑索力值和监测点位移值为控制指标）。

   

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索结构施工      

   

1）结构总体施工方案      

① 主体结构施工；

② 搭设支撑架（含：屋盖外围支撑架、屋盖内部中圈支撑架、刚性环支撑架和中心支撑架），安装钢屋盖上弦杆件；

③ 安装钢屋盖柱间支撑、柱外斜撑、屋面支撑、檩条；

④ 卸载屋盖外围支撑胎架；

⑤ 安装幕墙钢结构；

⑥ 拉索预应力张拉（采用一端张拉，张拉端位于中心拉环处），屋盖内部中圈支撑架主动脱架；

⑦ 幕墙预应力施工张拉；

⑧ 拆除屋盖内部各支撑架（刚性环支撑架和中心支撑架）。

           

a) 安装钢屋盖上弦杆件、柱间支撑、柱外斜撑、屋面支撑、檩条等      

     

b) 拆除外围支撑架、幕墙钢结构施工      

     

c) 撑杆安装及挂索      

     

d) 拉索预应力张拉，外圈支撑胎架主动脱架      

     

e) 拆除支撑胎架及幕墙施工，结构成形      

图4 总体施工方案      

2) 拉索施工方案      

该工程采用一端张拉，张拉端位于中心拉环处。拉索分两阶段循环张拉：首先挂索并预紧，第一阶段将所有拉索张拉至最终张拉力的75％，第二阶段将所有拉索张拉至最终张拉力的100%。每阶段分7批循环张拉，将28榀张弦梁分为7批，每批4榀，具体分批情况如下。

     

图5 拉索编号图      

     

   

 

 

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工程照片

     

     

图6 拉索张拉现场      

图7 屋盖结构内部施工现场            

     

图8 张拉成形后现场      

     

图9 体育馆内景      

     

 

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